Présentation
En anglaisRÉSUMÉ
Cet article fait suite à un premier qui présentait les bases de l’électromagnétisme térahertz et la plupart des composants et systèmes térahertz. Les applications de la technologie térahertz, englobant l’instrumentation, la sécurité, le contrôle industriel, la biologie et la médecine, l’environnement, et les télécommunications sont ici décrites. L’avis des auteurs sur le futur des technologies térahertz conclut l’exposé.
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This paper follows a first one devoted to the basic principles of terahertz electromagnetism and to components and systems for the terahertz technology. This second paper lists and explains applications of the terahertz technology including instrumentation, security, sensors for industry, biology and medicine, environment, telecoms… The authors’ opinion on the future of terahertz technology serves as a conclusion to the paper.
Auteur(s)
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Frédéric GARET : Professeur - IMEP-LAHC, UMR 5130 du CNRS - Université Savoie-Mont-Blanc, Le Bourget du Lac, France
-
Jean-Louis COUTAZ : Professeur émérite - IMEP-LAHC, UMR 5130 du CNRS - Université Savoie Mont-Blanc, Le Bourget du Lac, France
INTRODUCTION
L’étude du domaine térahertz (THz) a été relancée et facilitée à la fin des années 1980 grâce à l’émergence de nouvelles techniques et technologies, tout d’abord optoélectroniques, puis basées sur la montée en fréquence des composants électroniques ou le développement de nouveaux composants nanométriques. Cet effort de recherche est stimulé, au-delà de la recherche académique, par les nombreuses applications entrevues. Ces applications s’appuient sur la transparence de matériaux opaques dans le visible ou l’infrarouge (applications à l’imagerie pour le contrôle industriel, la médecine ou pour la sécurité – inspection des personnes –), l’existence de signatures spectrales uniques de certaines molécules (applications à l’identification de molécules par spectroscopie par exemple dans les domaines de l’environnement, de la sécurité, de la biophysique, de l’astrophysique…), la possibilité de moduler ces ondes à très hautes fréquences (télécoms très haut débit à très courtes distances). Cet article présente tout d’abord les applications de la technologie térahertz dans le domaine de l’instrumentation scientifique, qui constitue actuellement sans aucun doute le plus gros marché pour les dispositifs et systèmes térahertz. Ensuite, il décrit le domaine de la sécurité et du militaire, auquel est dédiée aujourd’hui une très grande partie des recherches en térahertz. La troisième partie de l’article est consacrée aux applications industrielles. Si peu de systèmes térahertz sont effectivement installés aujourd’hui dans des entreprises, on peut imaginer qu’à terme, nombre de niches seront occupées par la technologie térahertz qui viendra en complément de techniques déjà bien répandues, comme la spectroscopie infrarouge et visible, ou bien la diffraction des rayons X, etc. Le paragraphe suivant décrit l’application de l’imagerie térahertz à l’examen d’œuvres du patrimoine artistique, qui met en jeu des procédures très proches de celles des applications industrielles. Le développement d’instrumentations et techniques térahertz pour la médecine et la biologie est ensuite présenté. Souvent décrite comme technique d’investigation d’avenir pour la médecine, l’imagerie térahertz a néanmoins du mal à s’imposer définitivement. Pour la biologie, les applications semblent plus faciles à mettre en place. En environnement, grâce à leur spécificité spectrale, les ondes térahertz apportent des informations complémentaires des techniques traditionnelles, comme le lidar, ou même des informations uniques, certaines molécules ne présentant une signature spectrale originale que dans le domaine térahertz. Enfin, la montée en fréquence des télécommunications les rapproche régulièrement de la région térahertz. D’une part, les flux de données, au niveau de tests en laboratoire, dépassent les 100 Gbits/s, d’autre part on met aussi au point des systèmes de transmission en espace libre, principalement pour l’intérieur des immeubles, employant une onde térahertz comme porteuse du signal. L’article se termine par une conclusion où les auteurs font part de leur réflexion sur l’avenir de la science et de la technologie térahertz. Cette conclusion est suivie d’une liste la plus complète possible des entreprises proposant des composants, des dispositifs et des systèmes térahertz, ainsi que la liste des principaux livres publiés sur cette thématique.
KEYWORDS
optoelectronics | FTIR spectroscopy | terahertz imaging camera | industrial control
VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 2014 par Frédéric GARET, Jean-Louis COUTAZ
DOI (Digital Object Identifier)
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2. Sécurité et domaine militaire
2.1 Principe de l’imagerie térahertz
Les systèmes d’imagerie térahertz se décomposent en deux familles, suivant que l’on veut enregistrer une image ou un film térahertz d’un objet ou d’une scène en profitant de leur propre rayonnement thermique (imagerie passive) ou en éclairant la scène avec une source térahertz (imagerie active). Pour les deux cas, le dimensionnement de l’optique d’un système d’observation (caméra vidéo, appareil photo) est déterminé par les longueurs d’onde mises en jeu et, de ce fait, diffère notablement des systèmes pour l’optique visible ou infrarouge. En effet, les systèmes optiques, quelle que soit la longueur d’onde employée (UV, VIS, IR, THz…), subissent la diffraction et leur résolution spatiale est proportionnelle à leur ouverture numérique. Deux points A et B de l’image formée sur le capteur photosensible sont distinguables si la distance entre A et B est au moins égale à :
où λ est la longueur d’onde, D est le diamètre de la pupille du système optique et F sa focale.
Le rapport F/D est de l’ordre ou légèrement supérieur à 1 pour les meilleurs systèmes optiques, sinon les aberrations géométriques ou l’encombrement deviennent rédhibitoires, ce qui implique en pratique que AB min ≈ λ. Dans le domaine térahertz, la limite de résolution de l’image formée est donc de l’ordre de quelques centaines de microns. Si l’on désire franchir cette limite, il est possible d’utiliser des techniques à champ proche applicables à l’observation de composants et de matériaux biologiques (voir plus loin), mais pas à la formation de l’image d’un objet à distance. Supposons que le capteur est dans le plan focal du système optique, et que l’objet observé est à distance L de ce système. On pourra au mieux distinguer 2 points a et b de l’objet, séparés de la distance ab, si leurs images A et B correspondent à la limite de résolution AB min. Donc ab min = 1,22 λL/D. Autrement dit, il faut une optique...
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BIBLIOGRAPHIE
-
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(6) - HORI (T.), HIROMOT (N.) - Characteristics...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
ESA - projet Herschel :
http://sci.esa.int/herschel/49387-herschel-image-and-spectrum-of-jupiter-family-comet-103p-hartley-2
Labex FOCUS (Focal Plays for Universe Sensing)
http://ipag.osng.fr/Focus-Labex
HAUT DE PAGE
Antennes photoconductrices
Teravil (Lituanie)
Batop (Allemagne)
Menlo Systems (Allemagne)
GigaOptics (Allemagne)
Del Mar Photonics (États-Unis)
http://www.delmarphotonics.com
Te-TechS Inc. (Canada)
Hamamatsu (Japon)
Oplan (Chine)
AMO GmbH (Allemagne)
Teraview (Royaume-Uni)
Bakman Technologies (États-Unis)
http://www.bakmantechnologies.com/
Corps noirs
CI Systems...
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